聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺简称PAM。通常是丙烯酰胺单体头尾键接结构的高分子聚合物，在常温下为坚硬的玻璃态固体。由于制法不同，产品有白色粉末、半透明珠粒和片状等。密度1.302g/cm3 (23℃)，玻璃化温度153℃，软化温度210℃。 具有良好的热稳定性。溶于水，水溶液呈清澈透明状，其粘度随聚合物分子量的增加明显变粘，并与聚合物的浓度变化呈对数增减关系。除乙酸、丙烯酸、氯乙酸、乙二醇、甘油和甲酰胺等少数溶剂外，一般不溶于有机溶剂。
由丙烯酰胺单体自由基聚合而成，可采用溶液聚合、反相乳液聚合、悬浮聚合和固态聚合几种方法。要求产品的分子量可控、水易溶解和残余单体少。
聚丙烯酰胺是水溶性聚合物中应用最为广泛的品种之一，其分子主链上带有大量侧基酰胺基。酰胺基的化学活性很大，可以和多种化合物生成一系列衍生物。聚丙烯酰胺具有絮凝、增稠、减阻、粘接、稳定胶体、成膜和阻垢等多种功能，广泛地用于造纸、采矿、洗煤、冶金、石油开采等工业部门，是水处理的重要化学品。

图1为丙烯酰胺单体聚合生成聚丙烯酰胺的化学反应路线图。
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聚丙烯酰胺对热比较稳定，它的固体在220～230℃才软化，它的水溶液在110℃以后才明显发生降解。聚丙烯酰胺不溶于苯、甲苯、二甲苯、汽油、煤油、柴油，但溶于水。聚丙烯酰胺与碱反应，产生部分水解聚丙烯酰胺，在强酸性(pH≤2.5)下产生亚胺化反应，减少它在水中溶解度。能为醛(如甲醛)及高价金属(如铝、铬、锆等)的多核羟桥络离子所交联，并易为机械和(或)氧的作用所降解。在采油中，主要用作驱油剂、堵水剂、调剖剂、增粘剂、降阻剂、水处理剂等。

在水中的溶解度：在机械快速搅拌下，易溶于冷水中而形成透明的胶粘溶液。提高温度并不影响其溶解度，仅在溶液浓度增至高粘度时，其溶解才会受到限制。
其他溶剂中的溶解性：在甘油、乙二醇、甲醛、冰醋酸和乳酸(这些物质可用作聚丙烯酰胺复膜的增塑剂)等溶剂中，有1%以上的溶解度。在丙酸、丙二醇等溶剂中仅能膨润而不溶解，不能溶于丙酮和己烷等溶剂中。
稳定度：有中等程度的吸湿性，若不暴露在极高温度的地点则粉末状的聚丙烯酰胺可长期贮存。对于液体聚丙烯酰胺，当其浓度大于17%时，可贮存一年以上，而溶液粘度并无显著变化。在pH值3～9范围内，能维持有良好的稳定度；在较高pH值时，则粘度会有逐渐增加。
混容性：在通常使用的浓度下，可与大多数天然或合成水溶性树脂、大多数胶乳系统和大多数盐类具有混容性。还可与非离子型、阳离子型和阴离子型表面活性剂迅速混容，但某些表面活性剂可能影响其粘度。
粘度：聚丙烯酰胺溶液的粘度与其分子量呈线性关系，另外，温度越高，则粘度越低。
特性粘度：分子量增长，则其特性粘度增大。
离子性：长链上带有羧基就是阴离子型，带有胺基就是阳离子型。由于聚丙烯酰胺的长链上有羧基或胺基，则遇到铝离子就易于絮凝。
留着性：聚丙烯酰胺与皂型松香胶的留着趋势是一致的，但前者的留着率高。
毒性：聚丙烯酰胺本身没有毒性，但其中如含有尚未聚合的单体(有双键)对人体就有毒性。为此在生产制备终了时，应添加一定量的碳酸氢钠以去掉剩余的单体。

聚丙烯酰胺无毒，分子量高，水溶性强，可以引进各种离子基团并调节分子量以得到特定的性能，对许多固体表面和溶解物质有良好的粘附力， 能和分散于溶液中的悬浮粒子吸着和架桥，使悬浮粒子絮凝，便于过滤和分离。
阴离子聚丙烯酰胺在造纸业中用作浆内添加剂，具有较好的助留助滤作用。分子量大于350万时对长纤维纸浆的 分散有特别好的效果。此外还可用作水处理剂。 石油工业中用作油田泥浆处理剂，增稠剂，助沉 剂等。煤炭工业中用作洗煤添加剂。
阴离子聚丙烯酰胺通常有两种制备方法，一种是共聚法，即由丙烯酰胺与丙烯酸或丙烯酸钠水溶液共聚制备；一种是化学转化法，即由聚丙烯酰胺部分碱性水解，或由聚丙烯腈碱性水解制备。下面介绍共聚法，生产工艺简单，易于控制。具体方法是将浓度为20%丙烯酰胺和丙烯酸钠水溶液按一定比例混合。这种混合单体200份中加入1份1%的EDTA溶液，然后将其加入460份去 离子水中，在不断通氮气条件下加入5%的过硫酸铵和亚硫酸氢钠溶液各2～3份，在40～50℃搅拌3～4小时即成。

图2为制备阴离子聚丙烯酰胺的化学反应路线图
阳离子聚丙烯酰胺具阳离子性，故对阴离子性物质如纤维素等有强烈絮凝、吸附作用。造纸业中作为助留剂，能增加填料和细小纤维留着率；作为助滤剂，可使浆料絮凝，加速湿纸层在纸机网部的滤；作为中性施胶沉淀剂，能代替部分明矾，使松香胶在较高的pH值条件下沉淀和吸附在纤维间。也可加速白水中的纤维的沉降和纸浆废水中悬浮物的 絮凝，可用于纸厂的废水处理。
制备方法：丙烯酰胺水溶液聚合法是制备聚丙烯酰胺的常用方法。按引发方式有热引发和氧化-还原引发 等不同方法。采用过硫酸盐热引发所得聚合物分子量一般较小，约为20～100万。而用氧化-还原 引发所得聚合物分子量较高，可达300～400万左右。作为造纸业使用的助留助滤剂的聚丙烯酰胺分子量较大为好。下面介绍的为氧化-还原引发聚 合。所得聚合物，在碱性条件下，以次氯酸钠溶液进行酰胺的霍夫曼降解反应。得到游离氨基含 量约1%的丙烯酰胺-氨基乙烯共聚物。
最后以盐酸中和并调pH值到5.5～6。所得产物具有阳离子性，是一种应用性能较好，成本低廉的阳离子聚丙烯酰胺。

聚丙烯酰胺PAM具备高分子材料化学物质的水溶及其其碳链上开朗的酰基，普遍应用于印染、造纸工业、选矿厂、选煤、油田、冶金工业、装饰建材、废水处理等领域。聚丙烯酰胺做为润滑液、粒剂、粘土稳定剂、驱除油剂、降失水剂和增粘剂，在钻探、碱化、压裂、堵水、固井及二次油田、三次采油中获得了广泛运用,是一种极其重要的油气田化工品。

1、用于污泥处理，依据淤泥特性可采用相对应的PAM型号规格，可合理在淤泥进到压滤机以前开展污泥处理，脱干时，造成絮团大，不粘压滤机滤布，压滤机时经久不散，流泥饼偏厚，脱干率号，滤饼含水量在80%下列。

2、用于生活污水处理，化工废水，有机化学污水的解决，如印染领域、造纸业、乙醇领域、电镀工艺领域、制药厂、酒厂、炼铁厂、烟厂、药业公司、食品加工厂这些。

3、用于造纸行业，一是提高填充料、色浆等留存率。以减少原料的外流和对自然环境的环境污染；二是提高打印纸张的抗压强度（包含干抗压强度和湿抗压强度），此外，应用聚丙烯酰胺PAM还能够提高纸抗撕性和多孔结构，以改变视觉效果和包装印刷性能，还用于食品类及荼叶包装袋中。

4、用于石化工业，油田、钻井液、废淤泥处理、避免水窜、减少摩擦阻力、提高采出程度、三次采油获得普遍应用。

5、用于纺织品退浆剂，浆体性能平稳、落浆少、纺织物断头率低、尼龙布料光滑。

6、用于日用化工厂，在补水面膜里常与月桂醇甲基丙烯酸酯-7和C13-14异链乙烷组成一种保湿乳液状增稠、乳状液和增稠剂。

7、别的行业，用于精饲料蛋白质的回收利用、品质平稳、性能好，回收利用的蛋白质粉对鸡的存活率提高和体重增加、下蛋无负面影响。防腐蚀涂料建筑涂料，土建工程注浆原材料堵水，建材工业、提高混凝土品质、建筑行业胶黏剂，填缝修补及堵液剂，土地改良、电镀工艺工业生产、印染厂工业生产等。

分子量是指分子中分子链的长度，聚丙烯酰胺的分子量在500-1800万之间，一般来说，分子量越高的聚丙烯酰胺产品，粘度也就越大，不过，在使用的时候，并不是分子量越高的产品，使用效果就越好，具体在使用中，要根据实际的应用行业、水质、处理设备等条件，来决定合适的分子量。

聚丙烯酰胺为高分子助凝剂，产品按其平均分子量可分为低分子量(<100万)、中分子量(200-400万)和高分子量(>700万)三类。

应用在污水处理中，分子量由几百万至几千万的高分子水溶性有机聚合物。国内的高分子聚丙烯酰胺有：非离子聚丙烯酰胺(简写NPAM，分子量800-1500万)、阴离子聚丙烯酰胺(简写APAM，分子量800-2000万)、阳离子聚丙烯酰胺(简写CPAM，分子量800-1200万，离子度10%-80%)。

如果单纯做助凝剂使用的时候，一般分子量越高的话，絮团越紧密，用药越省，但阴离子聚丙烯酰胺的分子量建议不超过2000万。

如果在污泥脱水方面。使用带式压滤机，一般分子量就不能过高，如果分子量很高就可能导致滤布堵塞，影响脱水效果；再比如您使用离心式压滤机，分子量要求就要高一点，因为离心式压滤机要求絮团能够尽量耐剪切，所以要选择分子量相对较高的产品。

①水溶液聚合胶体聚丙烯酰胺生产工艺 生产聚丙烯酰胺水溶液胶体的低浓度（8%～12%），或中浓度（20%～35%）聚合工艺过程是：离子交换精制丙烯酰胺单体水溶液，调节溶液温度至20～50℃，吹N2气20min以去除溶液中氧。加入过硫酸钾-亚硫酸氢钠引发剂溶液，引发聚合4～8h，得到聚丙烯酰胺水溶液胶体产品。

②水溶液聚合粉状聚丙烯酰胺生产工艺 水溶液聚合粉状聚丙烯酰胺生产工艺按单体浓度可分低浓度和高浓度聚合。

低浓度（约10%）水溶液聚合粉状聚丙烯酰胺生产工艺是，将约10%的AM聚合得到的呈流涎到蒸汽加热的转鼓上形成薄片，随着装鼓慢慢转动，PAM被加热干燥。干的PAM从滚筒上刮下后，经粉碎得到粉状产品。

中浓度（20%～30%）水溶液合粉状聚丙烯酰胺生产工艺过程由中浓度（20%～30%）AM水溶液聚合、造粒、干燥三部分组成。该聚合工艺又有片状（传送带）聚合和大块（聚合釜）聚合之分。

a.片状聚合工艺 浓度（含量）20%～30%的AM在绝热聚合时放出的热量可使体系温度长高60～90℃。由于PAM粘度很大，即使在聚合反应初期也难进行有效的机械搅拌，因此丙烯酰胺（AM）水溶液可以涂覆在凹型钢板或传输钢带上进行薄层聚合。带速控制在当聚合物达到终点时聚合完成。在原反应溶液中加进表面活性剂、异丙醇或甘油，或是在钢带上被覆含氟的高分子膜，就能保证聚合物不沾载体。这就使聚合反应有可能在高单体浓度（20%～45%）和较宽的温度范围内完成。丙烯酰胺聚合物从钢带上取下后，进行破碎，干燥和包装。

b.大块聚合工艺 聚合物与环境不发生交换的聚合过程称绝热聚合。浓度（含量）20%～35%的AM水溶液，在存在氧化还原体系条件下于5～20℃的温度下引发。在此聚合过程中反应块的聚合温度可以达到甚至超过100℃，聚合物将保持这个温度达20h。聚合物凝胶用螺旋挤出机破碎，然后干燥。在破碎和干过程中，向聚合物加进防粘剂和结构稳定剂。将高分子凝胶破碎成0.2～5mm大小的颗粒，若在颗粒表面涂覆用水稍加浸湿的物料，就可制得易于贮存不会粘黏的聚合物凝胶，而不需要干燥。

本品为无色或微黄色稠厚胶体，无臭，中性。溶于水，不溶于乙醇、丙酮。温度高于120℃。具有絮凝，沉降，补强作用。 在水处理工业中用作絮凝剂。亦用于石油地质钻探配置不分散低固相泥浆的脱除。 制糖工业中沉降剂(助糖剂)；成膜剂。 用作水基钻井液的絮凝剂，能改善钻井液流变性能，减少摩阻等功能。 用作土壤改良剂、絮凝剂，并可用于纺织上浆和造纸的补强 用作中性、碱性介质的高效絮凝剂，并可用作钻井泥浆添加剂 用作油田泥浆处理剂、污水处理剂，并用于纺织上浆、纸张补强 聚丙烯酰胺是重要的水溶性聚合物，而且兼具絮凝性、增稠性、耐剪切性、降阻性、分散性等宝贵性能。这些性能随着衍生物离子的不同而各有侧重。因而在采油、选矿、洗煤、冶金、化工、造纸、纺织、制糖、医药、环保、建材、农业生产等部门都有广泛的使用。 悬浮剂。增稠剂。增胶剂。絮凝剂。土壤改良剂。水溶性抗蚀剂树脂。 广泛应用于石油化工、冶金、煤炭、选矿和纺织等工业部门，用作沉淀絮凝剂、油田注水增稠剂、钻井泥浆处理剂、纺织浆料、纸张增强剂、纤维改性剂、土壤改良剂、土壤稳事实上剂、纤维糊料、树脂加工剂、合成树脂涂料、粘合剂、分散剂等。 丙烯腈在铜催化剂作用下水合得到丙烯酰胺，再K2S2O8作用下聚合为聚丙烯酰胺。铜铝合金经碱处理水洗后制成崔化剂，装入水合反应器中，丙烯腈原料抽至贮罐再放入计量罐中，离子交换处理后的纯水送入计量罐中，然后按比例用泵经原料预热器连续注入水合反应器，控制85-125℃进行水合反应生成丙烯酰胺水溶液，余下丙烯腈经闪蒸塔去冷凝器回收流入水计量罐循环使用，而丙烯酰胺溶液从闪蒸罐流入贮罐，用泵送至高位槽去树脂交换柱，进入贮槽配成7-8%浓度单体，送往聚合釜制成胶状体聚丙烯酰胺包装即为成品。 胶体聚丙烯酰胺 将1 200 kg去离子水加入水解釜中，在搅拌下加入丙烯腈、0.3 kg氢氧化铝、氢氧化铜复合催化，在85～125 ℃下进行水解反应。反应结束后蒸出未反应单体丙烯腈。将丙烯酰配成7%～8%的水溶液，加入聚合釜。在过硫酸铵引发下进行聚合反应。


高分子量聚丙烯酰胺 将丙烯腈在110～140 ℃、0.3 MPa下水解合成丙烯酰胺。将丙烯酰胺加入已装有去离子水的聚合釜中，在过硫酸铵50 mg/kg引发下反应8～24 h。然后在碱性条件下，于70～80 ℃下水解得产品。
将计量的丙烯腈投入反应釜中，加入催化剂量的铜系催化剂。在搅拌下升温至85～120℃。反应压力控制在0.29～0.39 MPa。在连续化操作中，进料含量控制在6.5%。空速约为5h^-1。反应得到丙烯酰胺加入聚合釜，再加入一定量的去离子水。在 过硫酸钾引发下进行聚合反应，反应开始10min后加入适量的10%的亚硫酸氢钠。缓缓升温至64℃后，冷却反应混合物，在55℃反应6h左右。减压在真空下于80℃左右脱除未反应单体，即得成品。